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CN1835252A - 半导体发光元件 - Google Patents

半导体发光元件 Download PDF

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CN1835252A
CN1835252A CNA2005101082902A CN200510108290A CN1835252A CN 1835252 A CN1835252 A CN 1835252A CN A2005101082902 A CNA2005101082902 A CN A2005101082902A CN 200510108290 A CN200510108290 A CN 200510108290A CN 1835252 A CN1835252 A CN 1835252A
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CN
China
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layer
semiconductor light
emitting elements
type
electric current
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Application number
CNA2005101082902A
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新井优洋
今野泰一郎
饭和幸
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Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Abstract

在把含高浓度p型掺杂物的接触层作为最上层的半导体发光元件中，获得除了有效抑制来自上述接触层的掺杂物扩散、且是高亮度而且低驱动电压之外，在驱动半导体发光元件方面，还能预防出现时效性的发光输出降低以及驱动电压上升的结构。提供一种半导体发光元件，它在半导体基板(1)上结晶生长至少n型包层(3)、活性层(4)、p型包层(5)，进而在这些层的最上层上层叠添加了大于等于1×1019/cm3的p型掺杂物的As系接触层(7)，进而在其上形成由ITO膜(8)组成的电流分散层；在所述接触层(7)和p型包层(5)之间，设置由作为V族元素包含磷、而且对于所述半导体基板(1)结晶的晶格不匹配率在±0.3％以内的III－V族半导体构成的缓冲层6。

Description

半导体发光元件
技术领域
本发明涉及半导体发光元件，特别涉及在电流分散层上使用了透明导电膜的高亮度半导体发光元件。
背景技术
历来，作为半导体发光元件的发光二极管(以下简称LED)几乎全是GaP的绿色、AlGaAs的红色。但是，近年来，因为已经能够用MOVPE(有机金属气相生长)法生长GaN系或AlGaInP系的高质量结晶，所以变得能够制作蓝色、绿色、橙色、黄色、红色的高亮度LED。
使用MOVPE方法形成的外延晶片，已能够制作迄今没有的表示短波长的发光或高亮度的LED。但是，为得到高亮度，需要在LED的芯片内均匀地注入电流，来改善电流分散特性，为此目的需要电流分散层的膜厚生长的要厚。例如，在AlGaInP系的LED元件中，需要使电流分散层的膜厚要加厚到5μm～10μm左右。因此，电流分散层的生长花费的原料费用变大，必然使LED元件的制造成本升高，这成了廉价制造AlGaInP系LED的障碍。
因此，作为具有充分的透光性而且具有能够得到良好的电流分散性的电气特征的膜，提出了在电流分散层中使用金属氧化物的ITO(Indium TinOxide)或、ZnO(Zinc Oxide)的方法(例如参照专利文献1).
使用了金属氧化膜的透明导电膜，载流子浓度非常高，用薄的膜厚可以得到充分的电流分散。因此，如果把该ITO膜用作电流分散层的话，则因为历来作为电流分散层不需要使半导体层加厚到5μm～10μm左右的方法，不需要其相应大小的外延层，所以可以制造廉价的高亮度的LED元件以及LED元件用外延晶片。
[专利文献1]特开平8-83927号公报
但是，在窗层中使用了ITO膜的场合，存在这样的问题，即在半导体层和作为金属氧化物的ITO膜之间发生了接触电阻，而正向动作电压变高。亦即，作为透明导电膜(透明电极)的ITO膜是n型半导体，而另一方面，与其相接的上侧包覆层是p型半导体。因而，对于LED施加正向动作电压后，因为透明导电膜(透明电极)和p型包覆层之间成为反向偏压状态，结果几乎不能流过电流。
作为该问题的解决对策，考虑设置成与电流分散层分开、作为接触层使薄膜高载流子浓度层和ITO膜相接，并通过隧道接合以低电压驱动LED的方法。这里接触层，例如是添加大于或等于1×1019/cm3高浓度p型掺杂物的As系接触层。
但是，接触层必须做成实现隧道接合的目的而且尽可能对在活性层中发生的光不作为吸收层起作用。为此，存在这样的问题，即需要在接触层是高载流子浓度层的同时形成薄膜，因此，由生长时的热容易引起掺杂物易扩散的问题。接触层的p型掺杂物扩散的这一问题会招致下面两个弊端。
第一弊端是引起LED元件的输出降低。从接触层扩散的p型掺杂物在LED元件的深度方向上进行浓度扩散，一旦扩散到LED元件的活性层，就变成活性层内的缺陷。该缺陷变成非发光再结合成分，结果降低LED元件的输出。
第二弊端是LED元件的驱动电压(正向动作电压)上升。由于p型掺杂物的扩散，作为薄膜的高载流子浓度层的接触层实质的载流子浓度降低，所以难于达成上述的隧道接合，故隧道电压上升。由此，LED元件的驱动电压上升。
因此，本发明的目的是，要解决上述问题，提供一种半导体发光元件，该半导体发光元件把包含高浓度p型掺杂物的接触层作为最上层，能有效抑制来自上述接触层的掺杂物扩散，除了是高亮度、驱动电压低(初始特性良好)之外，在驱动半导体发光元件方面，还可以防止出现时效性的发光输出的降低以及驱动电压上升(寿命特性恶化或者可靠性降低)。
发明内容
为实现上述目的，本发明是如下构成的。
涉及权利要求1的发明的半导体发光元件，是在半导体基板上至少结晶生长n型包层、活性层、p型包层，进而还在这些的最上层(半导体层的最上层)上层叠添加了大于等于1×1019/cm3的p型掺杂物的As系接触层，进而还在其上形成由金属氧化物材料形成的电流分散层，其特征在于，在所述接触层和所述p型包层之间，具有由作为V族元素包含磷(P)、而且对于所述半导体基板结晶的晶格不匹配率是±0.3％以内的III-V族半导体构成的缓冲层。
这里，上述晶格不匹配率，是通过公式晶格不匹配率＝(aepitaxial layer-asubstrate)/asubstrate求得。这里，aepitaxial layer是外延层的晶格常数，asubstrate是基板的晶格常数。
权利要求2的发明是，权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，所述电流分散层是ITO。
权利要求3的发明是，权利要求2所述的半导体发光元件，其特征在于，所述电流分散层的膜厚D，满足(7/10)d≤D≤(13/10)d(式中，理想的电流分散层的膜厚d＝A×λp/(4×n)，A：常数，λp：发光元件的发光峰值波长，n：所述电流分散层的折射率)的关系式，再有常数A还是正的奇数。
权利要求4的发明是，权利要求3所述的半导体发光元件，其特征在于，所述电流分散层，通过真空蒸镀法或者溅射法形成，再者载流子浓度在刚成膜后的状态下为大于等于8×1020/cm3。
权利要求5的发明是，权利要求4所述的半导体发光元件，其特征在于，所述n型包层、活性层，p型包层，由(AlxGa1-x)YIn1-YP(其中，0≤X≤1，0.4≤Y≤0.6)构成。
权利要求6的发明是，权利要求5所述的半导体发光元件，其特征在于，所述接触层的主要的掺杂物是Zn，再者，其载流子浓度大于等于1×1019/cm3，再者，组成为AlxGa1-xAs(其中0≤X≤0.2)。
权利要求7的发明是，权利要求6所述的半导体发光元件，其特征在于，所述接触层的膜厚大于等于1nm小于等于30nm。
权利要求8的发明是，权利要求7所述的半导体发光元件，其特征在于，所述缓冲层的膜厚大于等于0.5μm小于等于5μm。
权利要求9的发明是，权利要求8所述的半导体发光元件，其特征在于，所述缓冲层对于发光波长光学上是透明的。
权利要求10的发明是，权利要求9所述的半导体发光元件，其特征在于，所述缓冲层是AlInP或者AlGaInP。
本发明的要点是，所述半导体发光元件在电流分散层中使用ITO或者透明导电膜，还具有高载流子浓度的薄膜接触层，以使与上述电流分散层相接，作为与上述接触层侧相接的半导体层，在接触层和p型包层之间设置由作为V族元素包含磷(P)的III-V族半导体形成的缓冲层。
为通过上述的隧道接合做成用低电压驱动LED的结构，需要p型接触层在高载流子浓度下是薄膜。因为是薄膜而且是p型掺杂物例如Zn通常在大于等于1×1019/cm3的高浓度下被掺杂，所以p型掺杂物的Zn从该接触层扩散会带来弊端。亦即，由于p型掺杂物的Zn向LED元件的深度方向浓度扩散，会引起LED元件的发光输出降低。另外，接触层的载流子浓度会降低，故会引起驱动电压(正向动作电压)上升。
作为这些问题的解决对策，在接触层和p型包层之间设置抑制p型掺杂物的Zn的扩散的缓冲层被认为是有效的。作为这种材料，例如AlGaAs或AlAs，对于发光波长光学上是透明的，而且比AlGaInP等的4元系材料结晶生长容易，再者因为和构成发光部的AlGaInP系材料的晶格相容性几乎一致，所以作为能够降低LED元件动作电压的材料，在这里也被认为是可以适用的。
但是，本发明人等专心研究的结果，发现：由于上述p型掺杂物的扩散引起的弊端的问题，构成上述缓冲层的材料，当使用了对于作为V族元素使用了As的发光波长透明的半导体材料、例如高Al混晶比的AlGaAs层等时，是显著的，AlGaAs或AlAs是不适当的。
因此，在本发明中，对于在高浓度添加了p型掺杂物的As系接触层和p型包层之间设置的缓冲层的材料，不采用AlGaAs或AlAs，而作如下的精心考虑。
亦即，作为第一条件，在缓冲层中，对于活性层透明的As系材料，例如不使用Al混晶比的AlGaAs层，而使用作为V族元素包含磷(P)的III-V族半导体。由此，关于发光输出和驱动电压得到优良的初始特性和高可靠性。
另外，作为第二条件，在缓冲层中，不使用作为相同的P系的GaP等的晶格不相容性的宽带间隙材料，而采用对于半导体基板结晶晶格匹配的III-V族半导体。由此也可压低初始动作电压。
作为满足这两个条件的III-V族半导体的具体例子，有对于发光波长光学上是透明的AlGaInP或AlInP。
根据本发明，因为在高浓度添加p型掺杂物的As系接触层和p型包层之间，设置作为V族元素包含磷(P)的、而且用对所述半导体基板结晶晶格匹配的III-V族半导体构成的缓冲层，所以可以有效抑制来自接触层的掺杂物扩散，能够制作高输出的LED元件，同时，在驱动LED元件方面，可以预防时效性的发光效率降低以及驱动电压的上升。
附图说明
图1是涉及本发明的第一实施例以及第二实施例的AlGaInP系红色LED的剖面构造图；
图2是表示接触层的膜厚和发光输出的衰减率的关系的图示；
图3是涉及第一比较例以及第二比较例的AlGaInP系红色LED的剖面构造图；
图4是表示在GaAs基板上形成的ITO膜的反射率谱的图示。
具体实施方式
以下以实施例为中心说明本发明的实施形态。
图1表示涉及本实施形态的发光二极管的结构。该发光二极管，在作为半导体基板的n型GaAs基板1上依次结晶生长n型GaAs缓冲层2、n型AlGaInP包层(也简称n型包层)3、不掺杂AlGaInP活性层(也简称活性层)4、p型AlGaInP包层(也简称p型包层)5来构成发光部，进而还在这些的最上层即p型包层5上层叠高浓度添加了p型掺杂物的As系的p型AlGaAs接触层(也简称p型接触层)7。进而在该p型接触层7上，作为由金属氧化物材料构成的电流分散层，层叠作为透明导电膜的ITO膜8，在其表面侧形成表面电极9，在其背面侧形成背面电极10。
上述n型包层3、活性层4、p型包层5，用(AlxGa1-x)YIn1-YP(其中，0≤X≤1，0.4≤Y≤0.6)构成。
上述p型接触层7由AlxGa1-xAs(式中0≤X≤0.2)构成，膜厚大于等于1nm小于等于30nm，作为p型掺杂物的Zn被添加到载流子浓度大于等于1×1019/cm3的高浓度。
作为电流分散层的ITO膜8的膜厚D，满足(7/10)d≤D≤(13/10)d(式中，理想的电流分散层的膜厚d＝A×λp/(4×n)，A：常数，λp：发光元件的发光峰值波长，n：所述电流分散层的折射率)的关系式，常数A是正的奇数。作为该电流分散层的ITO膜8通过真空蒸镀法或者溅射法形成，在刚成膜后的状态下有大于等于8×1020/cm3的载流子浓度。
而且，作为该发光二极管的特征，在上述p型接触层7和p型包层5之间，具备由作为V族元素包含磷(P)、而且对于作为半导体基板的n型GaAs基板1结晶晶格匹配的III-V族半导体构成的p型缓冲层6。该p型缓冲层6，具体来讲由对于发光波长光学透明的AlGaInP或者AlInP构成，膜厚被形成为大于等于0.5μm小于等于5μm。
这样，在p型缓冲层6中，不用对于活性层透明的As系材料，例如高Al混晶比的AlGaAs，而使用在V族元素中用P系构成的AlGaInP或者AlInP，由此，可以得到优良的初始特性和高可靠性。另外，不使用作为相同的P系的GaP等的晶格不匹配系的宽带间隙材料，而使用与基板晶格匹配的AlGaInP或者AlInP系材料构成，由此，也可以压低初始动作电压。
<试作例子>
为确认本发明的效果，试验制作以下的第一、第二比较例以及第一、第二实施例。
[第一比较例：缓冲层中使用了AlGaAs]
作为第一比较例，制作图3所示结构的发光波长630nm附近的红色LED用外延晶片。外延生长方法、外延层膜厚、外延结构或者电极形成方法以及LED元件制作方法如下。
在n型GaAs基板11上，使用MOVPE方法，依次层叠生长n型(Si掺杂)GaAs缓冲层12(膜厚200nm，载流子浓度1×1018/cm3)、n型(Se掺杂)(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P包层13(膜厚400nm，载流子浓度1×1018/cm3)、不掺杂(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P活性层14(膜厚600nm)、p型(Mg掺杂)(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P包层15(膜厚400nm，载流子浓度1×1018/cm3)、p型(Mg掺杂)Al0.8Ga0.2As缓冲层16(膜厚2μm，载流子浓度1×1018/cm3)、p型(Zn掺杂)Al0.1Ga0.9As接触层17(膜厚3nm，载流子浓度7×1019/cm3)。
在MOVPE生长中的生长温度从上述n型GaAs缓冲层12到上述p型缓冲层16取为650℃，上述p型接触层17在550℃下生长。其他的生长条件为，生长压力约6666Pa(50Torr)，各层的生长速度0.3～1.0nm/sec，V/III比约200左右。但是p型缓冲层16以及p型接触层17的V/III比取为10。附带说明，这里所说的V/III比，指在将分母取为TMGa或TMAl等的III族的摩尔数、将分子取为AsH3、PH3等的V族原料的摩尔数的场合的比率(商)。
作为在MOVPE生长中使用的原料，例如使用三甲基镓(TMGa)、或者三乙基镓(TEGa)、三甲基铝(TMAl)、三甲基铟(TMIn)等有机金属，或者砷(AsH3)、磷化氢(PH3)等氢化物气体。例如，作为上述n型GaAs缓冲层12那样的n型层的添加物原料，使用了乙硅烷(Si2H6)。作为上述P型包层15那样的p型层的导电型决定杂质的添加物原料，使用了双环戊二烯(Cp2Mg)。但是，只有p型接触层17使用了二乙基锌(DEZn)。
此外，作为n型层的导电型决定杂质的添加物原料，也可以使用砷化氢(H2Se)、甲硅烷(SiH4)、二乙基碲(DETe)、二甲基碲(DMTe)。此外，作为p型包层以及p型缓冲层的p型添加物原料，也可以使用二甲基锌(DMZn)、二乙基锌(DEZn)。
再有，在从MOVPE装置中取出该LED用外延晶片后，向该晶片的表面，亦即p型接触层17的表面侧，通过真空蒸镀法形成膜厚270nm的ITO膜18。在本结构中，该ITO膜18成为电流分散层。
此时，取出设置在了ITO膜蒸镀的同一批内的评价用玻璃基板，切断成可以进行Hall测定的尺寸，评价了ITO膜单体的电气特性，载离子浓度为1.09×1021/cm3、移动度为18.4cm2/Vs、电阻率为2.88×10-4Ω.cm。
然后，在该外延晶片的上面，使用在保护膜或掩膜校准等的光蚀法工艺过程中使用的器材和公知的方法，用真空蒸镀法将作为表面电极19的直径110μm的圆形电极形成了矩阵状。蒸镀后的电极形成采用了发射法。上述表面电极19，按20nm、500nm的顺序分别蒸镀了镍(Ni)、金(Au)。进而，在外延晶片的底面上全面上通过真空蒸镀法同样形成了背面电极20。上述背面电极20，按60nm、10nm、500nm的顺序分别蒸镀金锗合金(AuGe)、镍(Ni)、金(Au)，其后，通过在氮气气氛中加热到400℃、进行5分钟的热处理，来进行电极合金化的合金工序。
其后，使用冲压装置把上述那样构成的附有电极的LED用外延晶片切断成上述圆形表面电极为中心，制作出芯片尺寸300μm的方形LED裸芯片。进而在TO-18底座上安装上述LED裸芯片，其后，进而在安装的该LED裸芯片上再进行引线结合，制作出LED元件。
而后，评价了如上制作的LED元件的初始特性，结果，可以得到具有通电20mA时(评价时)的发光输出为0.95mW、动作电压为1.84V这样的初始特性的LED元件。
再有，在常温、常湿的环境下用50mA驱动该LED元件，维持该环境不变进行168小时(一周)的连续通电实验。其结果，对试验前的状态的相对比较值成为输出52％、动作电压+0.06V(约增3％)。
另外，进行了LED元件刚制作后的状态、和LED元件制作后在上述条件下进行通电试验后的状态的LED元件的SIMS分析。其结果，在通电试验后的本第一比较例的LED元件中被确认了作为p型接触层的掺杂物的Zn扩散、混入到活性层内的情况。本第一比较例所示的LED元件的元件寿命、亦即可靠性降低的原因，是由该掺杂物的扩散造成的。
[第二比较例：在缓冲层中使用了GaP]
作为第二比较例，制作了图3所示结构的发光波长630nm附近的红色LED用外延晶片。外延生长的方法、外延层膜厚、外延层结构或LED元件制作方法，基本上和上述第一比较例相同。以下列举和上述第一比较例不同的点，随之进行详细的说明。
在本第二比较例中，在p型缓冲层16中使用了GaP。膜厚和第一比较例相同取2μm，载离子浓度以及掺杂物也和第一比较例同样设定。
接着，对用如上述那样制作的LED用外延晶片进行元件化，其过程和上述第一比较例相同。
评价这样制作的LED元件的初始特性的结果，可以得到具有通电20mA时(评价时)的发光输出为1.03mW、操作电压为1.96V初始特性的LED元件。再有，用和上述第一比较例相同的条件进行了通电试验，输出的相对值为102％、动作电压+0.008V(约增0.4％)。
如上面那样，不使用对于活性层透明的As系材料，例如高Al混晶比的AlGaAs层，而使用在V族元件中用P系构成的GaP，由此，可以得到高可靠性的LED元件。但是，GaP对于基板或者包层等的4元系材料，由于晶格常数的不匹配度大和光带的接合位置，匹配形成大的光带不连续的关系，在GaP/P包层间产生大的电位壁垒，所以动作电压变高了。因此，通过使用P系材料的GaP，可以做成LED元件的元件寿命良好的元件，但是LED元件的动作电压自身显著变高了。
[第一实施例：在缓冲层中使用了AlGaInP]
作为第一实施例，制作了图1所示结构的发光波长630nm附近的红色LED用外延晶片。外延生长的方法、外延层膜厚、外延层结构或LED元件制作方法基本和上述第一比较例相同。以下列举和上述第一比较例不同的点，随之进行详细的说明。
在本第一实施例中，在p型缓冲层6中使用了(Al0.8Ga0.2)0.5In0.5P。膜厚和第一比较例相同取2μm，载离子浓度以及掺杂物也和第一比较例同样设定。亦即作成p型(Mg掺杂)(Al0.8Ga0.2)0.5In0.5P缓冲层6(膜厚2μm，载流子浓度1×1018/cm3)。
接着，对用如上述制作的LED用外延晶片进行元件化，其过程和上述第一比较例相同。
评价这样制作的LED元件的初始特性的结果，可以得到具有通电20mA时(评价时)的发光输出为1.05mW、动作电压为1.84V的优良的初始特性的LED元件。
再有，在和上述第一比较例相同的条件下进行了通电试验，输出的相对值为102％、操作电压+0.004V(约增0.2％)。
如上所述，在缓冲层中不使用对于活性层透明的As系材料，例如高Al混晶比的AlGaAs层，而使用V族元件中用P系构成的AlGaInP，由此可以得到优良的初始特性和高可靠性。另外，通过不使用作为相同P系的GaP等晶格不匹配系的宽带间隙材料，而使用和基板晶格匹配的AlGaInP系材料构成，还可以把初始的动作电压抑制到低水平。
另外，和第一比较例同样进行了LED元件刚制作后的状态、和LED元件制作后在上述条件下进行通电试验后的状态的LED元件的SIMS分析。其结果，在通电试验后的本第一实施例的LED元件中，被确认了在活性层内作为p型接触层的掺杂物的Zn无混入的情况，且从上述接触层几乎无扩散的情况。亦即，如本第一实施例所示，通过在缓冲层6中使用AlGaInP，可以抑制LED元件的掺杂物扩散。
[第二实施例：在缓冲层中使用了AlInP]
作为第二实施例，制作了图1所示结构的发光波长630nm附近的红色LED用外延晶片。外延生长的方法、外延层膜厚、外延层结构或LED元件制作方法基本和上述第一比较例相同。以下列举和上述第一比较例不同的点，随之进行详细的说明。
在本第二实施例中，在p型缓冲层6中使用了AlInP。膜厚和第一比较例相同取2μm，载离子浓度以及掺杂物也和第一比较例同样设定。亦即作成了p型(Mg掺杂)AlInP缓冲层6(膜厚2μm，载流子浓度1×1018/cm3)。
接着，对用如上述制作的LED用外延晶片进行元件化，其过程和上述第一比较例相同。
评价这样制作的LED元件的初始特性的结果，可以得到具有通电20mA时(评价时)的发光输出为1.06mW、动作电压为1.84V的优良的初始特性的LED元件。
再有，在和上述第一比较例相同的条件下进行了通电试验，输出的相对值为101％、动作电压+0.004V(约增0.2％)。
如上所述，在缓冲层中不使用对于活性层透明的As系材料，例如高Al混晶比的AlGaAs层，而使用V族元件中用P系构成的AlInP，由此，可以得到优良的初始特性和高可靠性。另外，通过不使用作为相同P系的GaP等晶格不匹配系的宽带间隙材料，而使用和基板晶格匹配的AlInP系材料构成，还可以把初始的动作电压抑制到低水平。
另外，和第一比较例同样进行LED元件刚制作后的状态、LED元件制作后在上述条件下进行通电试验后的状态的LED元件的SIMS分析。其结果，在通电试验后的本实施例的LED元件中被确认了在活性层内作为p型接触层的掺杂物的Zn无混入的情况，并从上述接触层几乎无扩散的情况。亦即如本第二实施例所示，通过在缓冲层6中使用AlInP，可以抑制LED元件的掺杂物扩散。
<附以最佳条件的根据>
第一，和由金属氧化物组成的电流分散层、例如ITO膜接触的欧姆接触层，需要极高浓度地添加导电型决定杂质。具体说，在添加了锌(Zn)的接触层的场合，其结晶材料希望是Al混晶比从0到0.2的GaAs或者AlGaAs，其载流子大于等于1×1019/cm3是合适的，希望越高越好。ITO膜基本上属于n型半导体材料，另外，LED一般来说p侧向上制造。因此，在分散层中使用ITO的LED导电型变成了从基板侧n/p/n接合。因此，在LED中在ITO膜和p型半导体层的界面产生大的电位壁垒，通常会变成了动作电压非常高的LED。为消除这一问题，需要在p型半导体层中有高载流子浓度的接触层。另外，上述接触层的宽带间隙之所以窄，是由于强烈依从那一方容易高载流子化。
再有，与上述接触层的高载流子化联系在一起，与接触层相接的ITO膜的载流子浓度，对于降低隧道电压，也是重要的。而且，和上述接触层同样的理由，希望其越高越好，具体说，理想的是具有大于等于8×1020/cm3的载流子浓度。
第二，理想的是，上述接触层的膜厚在1nm到30nm的范围。其原因是，上述接触层，因为对于任何活性层发出的光都具有成为吸收层的带间隙，所以如图2所示，随着膜厚变厚，发光输出会降低。
因此，如从图2所知，接触层的膜厚，理想的是将其上限取约为30nm，更理想的是到25nm。另外，如果接触层的膜厚不满1nm的话，此时因为ITO膜和接触层之间的隧道接合变得困难起来，因此低动作电压化、动作电压的稳定化会变的困难。因此，在和ITO膜相接的的接触层的膜厚中有最佳值，其为从1nm到30nm。
第三，ITO膜(电流分散层)的膜厚D，满足(7/10)d≤D≤(13/10)d(式中，理想的电流分散层的膜厚d＝A×λp/(4×n)，A：常数，λp：入射所述电流分散层的光的波长，n：所述电流分散层的折射率)的关系式，理想的是其常数A还是正的奇数。
在LED用外延晶片上形成的ITO膜，具有半导体层和空气层的大体中间的折射率，并具有作为光学上反射防止膜的功能。因此，为提高LED的光取出效率，得到更高输出的LED元件，理想的是遵照上式进行膜厚设计。
但是，ITO膜固然是十分需要的，但是具有做得越厚透过率越变差的倾向。ITO膜的本征的透过率降低的话，则因为由活性层放射的光由ITO膜吸收的比例增加，其结果发光输出降低。
再有，随着上述电流分散层的膜厚的增加，在上述电流分散层中的光的干涉增加，光取出效率高的波长区域变窄。对于这些，在GaAs基板上适宜形成ITO膜，对该试料垂直入射光，图4表示测定此时的反射光的谱的结果。
亦即，根据这些理由，更适宜的(理想的)电流分散层的膜厚d，在上述关系式中，而且常数A最好是1或3。作为最合适的例子，常数A是1。另外，在LED用外延晶片上形成的电流分散层，例如ITO膜的膜厚D，是在使用上述计算式求得的理想的电流分散层的膜厚d的±30％以内的范围即可(亦即，只要满足(7/10)d≤D≤(13/10)d的关系式即可)。这是因为作为反射防止膜光学上反射率低的波长频带、亦即光取出效率高的波长频带，具有一定程度的宽度。例如，作为反射防止膜，对于形成ITO膜的LED用外延晶片垂直入射光时的反射率，成为小于等于15％的膜厚D的容许值，是在根据上式求得的膜厚d的±30％的范围。膜厚D做得比膜厚d的±30％的范围大或者小的话，作为反射防止膜的效果变小，LED的输出降低。
第四，介入接触层和p包层之间的缓冲层，理想的是其膜厚大于等于0.5μm小于等于5μm。大于等于0.5μm的理由是，从活性层到表面电极的距离过近的话，则在LED元件制作时的引线结合工序中，有时有可能会由超声波振动等破坏LED元件。反之，把上限定为小于等于5μm的理由是，LED元件的电流分散特性，通过在接触层上设置的ITO膜，可以期待充分的效果。因此，在上述缓冲层中不追求电流分散特性。假定，即使设置10μm程度的厚膜缓冲层，因为由上述ITO膜决定的电流分散特性起支配作用，所以不能期望作为LED元件的飞跃性的输出提高。反而，会产生制造LED元件的成本升高、提高了LED元件的原价这样的缺点。因此，上述缓冲层的膜厚，理想的是大约在从0.5μm到5.0μm左右的范围。
另外，在本发明中，根据情况，有能够得到缓冲层和p型包层的组成相同的场合。在这一场合下，作为合适的膜厚设定，理想的是从活性层的上端到接触层的距离设计成为大于等于1μm小于等于5μm。
<其他的实施例，变形例>
[第一变形例]
在本发明的实施例中，无论是在哪种结构中都做成了在活性层和包层之间不夹杂任何东西的结构。但是，也可以采取这样的结构，即在这里例如设置纯粹的掺杂物层，或者如包含若干导电型杂质那样模拟地设置成为掺杂物层那样的模拟掺杂物层，或者设置载流子浓度低的低载流子浓度包层。即使采取这样的结构，也仅产生单纯追加提高LED元件的输出的可靠性等的效果，在该结构下，也可以同样得到本发明的效果。
[第二变形例]
在本发明的实施例中，只将发光波长630nm的红色LED元件作为制作的例子，但是在使用相同的AlGaInP系的材料制作的其以外的LED元件、例如在发光波长560nm～660nm的LED元件中也可以适用本发明，此时所用的各层的材料，载流子浓度、特别是窗口层中无任何变更点。因此，即使在将LED元件的发光波长做成了和本发明的实施例不同的波长频带的结构中，也同样可以得到本发明的效果。
[第三变形例]
在本发明的实施例中，做成了在缓冲层上直接层叠n型包层的结构。但是，例如也可以做成在上述缓冲层和n型包层之间设置了DBR(分布黑反射层)的LED元件的结构。
[第四变形例]
在本发明的实施例中，以表面电极的形状为圆形进行了说明，但是表面电极也可以是其他不同的形状，例如矩形、菱形、多边形的电极形状。
[第五变形例]
在本发明的实施例中，仅举出了在半导体基板中使用了GaAs的例子，但是此外，在以Ge作为出发基板的LED用外延晶片中、或者把出发基板作为GaAs或者Ge、而后将其除去、作为代替的自立基板、使用具有Si或大于Si的热传导率的金属基板的LED用外延晶片中，也可以得到本发明追求的效果。

Claims (10)

1.一种半导体发光元件，该半导体发光元件，是在半导体基板上结晶生长至少n型包层、活性层、p型包层，进而还在这些层的最上层层叠添加了大于等于1×1019/cm3的p型掺杂物的As系接触层，进而还在其上形成由金属氧化物材料组成的电流分散层，其特征在于，
在所述接触层和所述p型包层之间，具有由包含作为V族元素的磷(P)、而且对于所述半导体基板结晶的晶格不匹配率在±0.3％以内的III-V族半导体构成的缓冲层。
2.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，
所述电流分散层是ITO。
3.根据权利要求2所述的半导体发光元件，其特征在于，
所述电流分散层的膜厚D，满足(7/10)d≤D≤(13/10)d(式中，理想的电流分散层的膜厚d＝A×λp/(4×n)，A：常数，λp：发光元件的发光峰值波长，n：所述电流分散层的折射率)的关系式，进而常数A还是正的奇数。
4.根据权利要求3所述的半导体发光元件，其特征在于，
所述电流分散层通过真空蒸镀法或者溅射法形成，进而载流子浓度在刚成膜后的状态下大于等于8×1020/cm3。
5.根据权利要求4所述的半导体发光元件，其特征在于，
所述n型包层、活性层，p型包层由(AlxGa1-x)YIn1-YP(其中，0≤X≤1，0.4≤Y≤0.6)构成。
6.根据权利要求5所述的半导体发光元件，其特征在于，
所述接触层的主要的掺杂物是Zn，进而其载流子浓度大于等于1×1019/cm3，进而组成为AlxGa1-xAs(其中0≤X≤0.2)。
7.根据权利要求6所述的半导体发光元件，其特征在于，
所述接触层的膜厚为大于等于1nm小于等于30nm。
8.根据权利要求7所述的半导体发光元件，其特征在于，
所述缓冲层的膜厚为大于等于0.5μm小于等于5μm。
9.根据权利要求8所述的半导体发光元件，其特征在于，
所述缓冲层对于发光波长光学上是透明的。
10.根据权利要求9所述的半导体发光元件，其特征在于，
所述缓冲层是AlInP或者AlGaInP。
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